A via de sinalização Wnt no desenvolvimento pulmonar de galinha

Abstract

O estudo da biologia do pulmão é um campo de grande interesse, uma vez que a compreensão dos mecanismos subjacentes ao desenvolvimento pulmonar pode ajudar, não só a tratar/prevenir anomalias congénitas mas também ajudar na reparação, remodelação e regeneração do pulmão adulto. A morfogénese do pulmão fetal depende das interações epiteliais-mesenquimatosas controladas por diversos fatores de crescimento e transcrição, que regulam a proliferação, migração e diferenciação celular. Até à data, a regulação da morfogénese da ramificação pulmonar está bem documentada, no entanto o conhecimento dos mecanismos moleculares envolvidos no controlo espaço-temporal do desenvolvimento continua ainda desconhecido. Por outro lado, o controlo espaço-temporal do desenvolvimento embrionário e dos seus processos de padronização, na somitogénese e desenvolvimento do membro, é bem conhecido. A via de sinalização Wnt é essencial durante o desenvolvimento dos vertebrados, tendo sido associado a diversos processos tais como a gastrulação, formação do eixo corporal e morfogénese de inúmeros órgãos, nomeadamente o pulmão. As proteínas Wnt atuam através de recetores transmembranares específicos, que ativam vias intracelulares que regulam processos celulares tais como, proliferação, diferenciação e morte. A via de sinalização Wnt é reconhecida como um elemento fundamental no desenvolvimento pulmonar mamífero mas pouco se sabe sobre a sua função no desenvolvimento pulmonar das aves. Além disso, é sabido o seu envolvimento nos mecanismos do relógio molecular descritos até ao momento. O presente trabalho caracteriza, pela primeira vez, o padrão viii de expressão de diversos membros da via de sinalização Wnt, tais como wnt-2b, wnt-5a, wnt-7b, wnt-9a, β-catenin e axin2, em estadios precoces do desenvolvimento pulmonar de galinha. Em geral, a sua expressão é similar à dos seus homólogos nos mamíferos. Estudos de inibição in vitro foram realizados de forma a avaliar a importância desta via de sinalização na ramificação pulmonar. Os explantes pulmonares, tratados com um inibidor da via canónica Wnt (FH535), apresentaram um comprometimento na formação de novas ramificações secundárias após 48 horas de cultura, para a maior dose testada. A análise morfométrica da ramificação confirmou a inibição. Quando incubados com as sondas hairy1 e hairy2 (dois genes descritos como intervenientes no mecanismo do relógio molecular), os pulmões tratados apresentaram uma redução na sua expressão, indicando um potencial papel da via Wnt como regulador destes genes. Este estudo demonstra que a via de sinalização Wnt é crucial para uma correta ramificação pulmonar na galinha, e que pode ser um dos reguladores da expressão de genes hairy no pulmão.

Lung biology is a field of great interest since the understanding of the mechanisms underlying pulmonary development may help not only to treat/prevent congenital anomalies but also aid adult lung repair, remodeling and regeneration. Morphogenesis of the fetal lung depends on epithelial-mesenchymal interactions that are governed by several growth and transcription factors that regulate cell proliferation, fate, migration and differentiation. So far, much is known about the regulation of lung branching morphogenesis, but the knowledge of the molecular mechanisms involved in the temporal-spatial control of lung development remains unknown. On the other hand, significant advances have been made regarding the comprehension of the temporal-spatial control of embryonic development, and its patterning processes, in somitogenesis and limb development. Wnt signaling pathway is an essential player during vertebrate’s embryonic development that has been associated with several developmental process such as gastrulation, body axis formation, and morphogenesis of numerous organs namely the lung. Wnt proteins act through specific transmembrane receptors, which activate intracellular pathways that regulate cellular processes such as cell proliferation, differentiation and death. Wnt signaling is recognized as a key molecular player in mammalian pulmonary development but little is known about its function in avian lung development. Moreover, it is accepted that it is involved in the molecular clock mechanisms described so far. The present work characterizes, for the first time, the expression pattern of several Wnt signaling members, such as wnt-2b, wnt-5a, wnt-7b, wnt-9a, β-catenin and axin2, at early stages of x chick lung development. In general, their expression is similar to their mammalian counterparts. In vitro inhibition studies were performed in order to evaluate the importance of Wnt signaling pathway in lung branching. Lung explants treated with a Wnt canonical signaling inhibitor (FH535) presented an impairment of secondary branch formation after 48h of culture, in the highest dose tested. Branching analysis confirmed this inhibition. When probed with hairy1 and hairy2 genes (that are described as players in the molecular clock mechanism), treated lungs presented a reduction in their expression indicating a potential role of Wnt pathway as regulator of this genes. This study demonstrates that Wnt signaling is crucial for precise chick lung branching and that might be one of the regulators of hairy expression in the lung.